01.制冷原理介紹

制冷原理介紹重慶美的通用制冷設(shè)備有限公司中國(guó)營(yíng)銷總部楊永波（技術(shù)支持）

2010.07第一部分：緒論

第二部分：蒸氣壓縮式制冷循環(huán)

第三部分：制冷劑與載冷劑目錄

一、制冷的定義及人工制冷技術(shù)發(fā)展史二、制冷的分類

三、制冷原理中常用的概念第一部分：緒論一、制冷的定義及人工制冷技術(shù)發(fā)展史(一)制冷的定義

采用人工方法在一定時(shí)間一定空間內(nèi)將物體或流體冷卻使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這個(gè)低溫。

(二)人工制冷技術(shù)發(fā)展史

1755年愛丁堡的化學(xué)教師庫(kù)侖利用乙醚蒸發(fā)使水結(jié)冰。他的學(xué)生布拉克，提出了潛熱的概念，標(biāo)志著現(xiàn)代制冷技術(shù)的開始。

1834年發(fā)明家波爾金斯造出了第一臺(tái)以乙醚為工質(zhì)的蒸氣壓縮式制冷機(jī)，并正式申請(qǐng)了英國(guó)第6662號(hào)專利。這是后來所有蒸氣壓縮式制冷機(jī)的雛型，但使用的工質(zhì)是乙醚，容易燃燒。

1844年，醫(yī)生高里用封閉循環(huán)的空氣制冷機(jī)為患者建立了一座空調(diào)站，空氣制冷機(jī)使他一舉成名。威廉·西門斯在空氣制冷機(jī)中引入了回?zé)崞?，提高了制冷機(jī)的性能。

1859年，卡列發(fā)明了氨水吸收式制冷系統(tǒng)，申請(qǐng)了原理專利。

1875年卡利和林德用氨作制冷劑，從此蒸氣壓縮式制冷機(jī)開始占有統(tǒng)治地位

20世紀(jì)，制冷技術(shù)有了更大發(fā)展。全封閉制冷壓縮機(jī)的研制成功（美國(guó)通用電器公司）；米里杰發(fā)現(xiàn)氟里昂制冷劑并用于蒸氣壓縮式制冷循環(huán)以及混合制冷劑的應(yīng)用；伯寧頓發(fā)明回?zé)崾匠凉衿餮h(huán)以及熱泵的出現(xiàn)，均推動(dòng)了制冷技術(shù)的發(fā)展。

1910年左右，馬利斯·萊蘭克發(fā)明了蒸氣噴射式制冷系統(tǒng)。

1922年左右，美國(guó)開利博士發(fā)明了離心式制冷機(jī)組。

1960年左右，螺桿式壓縮機(jī)應(yīng)用于制冷機(jī)組。二、制冷的分類(一)按制冷溫度分類

（1）普通制冷：120K以上（-153℃以上）

（2）深度制冷：120~20K以上（-153℃~-253℃）

（3）低溫制冷：20~0.3K以上（-253℃~-272.85℃）

（4）超低溫制冷：0.3K以下（-272.85℃）

(二)按制冷方法分類

（1）液體汽化制冷：最常用，如蒸汽壓縮式

（2）氣體膨脹制冷

（3）渦流管制冷

（4）熱電制冷

(三)按制冷循環(huán)分類

（1）蒸汽壓縮式：壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)四過程

（2）吸收式：發(fā)生、冷凝、蒸發(fā)、吸收四過程

二、制冷的分類蒸汽壓縮式制冷循環(huán)（占主導(dǎo)地位）

適應(yīng)溫度范圍廣、清潔無污染、操作簡(jiǎn)單、效率高以此原理設(shè)計(jì)的機(jī)組——蒸汽壓縮式制冷機(jī)組。

(一)按壓縮原理分類

容積型：

通過壓縮減少壓縮空間容積，提高蒸汽壓力來完成壓縮功能，如：活塞式、轉(zhuǎn)子式、渦旋式、螺桿式等

速度型：

通過旋轉(zhuǎn)部件連續(xù)將角動(dòng)量傳給蒸汽，角動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，主要是離心式

(二)按制冷量范圍分類

大、中型制冷機(jī)，主要是活塞、螺桿、離心式機(jī)組

活塞式：100~200kW

渦旋式：5~70kW

螺桿式：150~1400kW

離心式：350kW以上

三、制冷原理中常用的概念(一)飽和壓力、飽和溫度

（1）飽和壓力：當(dāng)液體處于密閉容器時(shí)，若此容器內(nèi)除了液體及液體本身的蒸汽外，不存在其他任何氣體，那么液體和蒸汽在某一壓力下達(dá)到平衡，此時(shí)氣體的壓力稱為飽和壓力；

（2）飽和溫度：此時(shí)的溫度即為飽和溫度。

飽和壓力隨溫度的升高而升高！

(二)汽化潛熱

在飽和容器內(nèi)將部分蒸汽抽走，必然汽化另一部分液體為蒸汽來維持平衡，汽化時(shí)需要吸熱，此熱量稱為汽化潛熱。

(三)蒸發(fā)壓力、蒸發(fā)溫度和冷凝壓力、冷凝溫度

（1）蒸發(fā)器蒸發(fā)過程中的壓力稱為蒸發(fā)壓力，此時(shí)溫度稱為蒸發(fā)溫度；

（2）冷凝器冷凝過程中的壓力稱為冷凝壓力，此時(shí)溫度稱為冷凝溫度。

(四)干度和濕度

（1）每千克濕蒸汽中含有干蒸氣的質(zhì)量百分比。

（2）每千克濕蒸汽中含有飽和液體的質(zhì)量百分比。單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本原理

第二部分：蒸氣壓縮式制冷循環(huán)一、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理

2.1.1制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成2.1.2制冷循環(huán)過程2.1.3制冷系統(tǒng)各部件的主要用途2.1.4制冷劑的變化過程一、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理

日常生活中會(huì)有這樣的疑問：怎樣才能制冷（制熱）呢？

利用制冷劑由液體狀態(tài)汽化為蒸氣狀態(tài)過程中吸收熱量，被冷卻介質(zhì)因失去熱量而降低溫度，達(dá)到制冷的目的。利用制冷劑由蒸氣狀態(tài)凝結(jié)為液體狀態(tài)過程中釋放熱量，被加熱介質(zhì)因獲得熱量而升高溫度，達(dá)到供熱的目的。一、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理2.1.1制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成制冷循環(huán)系統(tǒng)：

根據(jù)蒸氣壓縮式制冷原理構(gòu)成的單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)，是由不同直徑的管道和在其中制冷劑會(huì)發(fā)生狀態(tài)變化的部件組成，串接成一個(gè)封閉的循環(huán)回路，在系統(tǒng)回路中裝入制冷劑，制冷劑在這個(gè)循環(huán)回路中能夠不停地循環(huán)流動(dòng)。單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)包含四大部件：壓縮機(jī)→壓縮過程冷凝器→冷凝過程膨脹閥→節(jié)流過程蒸發(fā)器→蒸發(fā)過程單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)：制冷劑-CFCs-HCFCs-HFCs-CO2一、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理2.1.2制冷循環(huán)過程一、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理2.1.3制冷劑的變化過程制冷劑在制冷壓縮機(jī)中的變化制冷劑蒸氣由蒸發(fā)器的出口管路進(jìn)入壓縮機(jī)吸氣口時(shí)，壓力越高溫度越高，壓力越低溫度越低。制冷劑蒸氣在壓縮機(jī)中被絕熱壓縮成過熱蒸氣，壓力由蒸發(fā)壓力P0升高到冷凝壓力Pk。外界的能量對(duì)制冷劑做功，使得制冷劑蒸氣的溫度再進(jìn)一步升高，壓縮機(jī)排出的蒸氣溫度高于冷凝溫度。一、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理制冷劑在冷凝器中的變化過熱蒸氣進(jìn)入冷凝器后，在壓力不變的條件下，先是散發(fā)出一部分熱量，使制冷劑過熱蒸氣冷卻成飽和蒸氣。飽和蒸氣在等溫條件下，繼續(xù)放出熱量而冷凝產(chǎn)生了飽和液體。制冷劑在節(jié)流元件中的變化飽和液體制冷劑經(jīng)過節(jié)流元件，由冷凝壓力Pk降至蒸發(fā)壓力P0，溫度由tk降至t0。為絕熱膨脹過程。一、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理制冷劑在蒸發(fā)器中的變化

以液體為主的的制冷劑，流入蒸發(fā)器不斷汽化，全部液體完全汽化時(shí)，又重新流回到壓縮機(jī)的吸氣口，進(jìn)入下一次循環(huán)。一、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的基本工作原理2.1.4制冷系統(tǒng)各部件的主要用途一、制冷劑（GB/T7778）

二、載冷劑第三部分：制冷劑與載冷劑一、制冷劑3.1.1制冷劑的定義3.1.2制冷劑的種類3.1.3制冷劑的要求3.1.4CFCS（氯氟烴）和HCFCS的限制與替代一、制冷劑3.1.1制冷劑的定義在制冷裝置內(nèi)完成熱力循環(huán)的工質(zhì)。3.1.2制冷劑的種類(1)無機(jī)化合物(2)飽和烴的鹵化物(氟利昂)(3)碳?xì)浠衔?烴類)(4)共沸制冷劑(5)非共沸制冷劑如水、氨、二氧化碳等如R12、R22、R134a等如丙烷、異丁烷等如R502等如R407C等一、制冷劑按照制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度，將其分為三類高溫（低壓）制冷劑中溫（中壓）制冷劑低溫（高壓）制冷劑ts＞0℃Pc≤0.2～0.3MPa0℃＞ts＞-60℃,0.3MPa＜Pc＜2.0MPats≤-60℃一、制冷劑3.1.4制冷劑的要求1.熱力學(xué)方面的要求：1)沸點(diǎn)要求低；2)臨界溫度要高、凝固溫度要低；3)具有適宜的工作壓力，(Pk/Po)??；4)汽化潛熱大；5)對(duì)于大型制冷系統(tǒng)，單位容積制冷量盡可能地大；6)絕熱指數(shù)小些（對(duì)于離心式制冷壓縮機(jī)應(yīng)采用分子量大的制冷劑）。2.物理化學(xué)方面的要求：1）粘度盡可能??；2）熱導(dǎo)率要求高；3）純度高；4）熱化學(xué)穩(wěn)定性好；5）良好的電絕緣性；6）溶解于油的不同性質(zhì)表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。制冷劑在潤(rùn)滑油中的溶解性可分為完全溶解、微溶解和完全不溶解。一般可認(rèn)為R717、R13、R14等是不溶于油的制冷劑；R22、R114等是微溶于油的；R11、R12、R21、R113等是完全溶于油的。一、制冷劑3.安全性方面的要求：1）在工作溫度范圍內(nèi)不燃燒、不爆炸。2）無毒或低毒，相對(duì)安全性好3）具有易檢漏的特點(diǎn)4）制冷劑無毒4.經(jīng)濟(jì)性方面的要求

制冷劑的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，價(jià)廉、易得。5.環(huán)保方面的要求

1）不會(huì)消耗臭氧層；2）盡可能小的溫室效應(yīng)影響；3）不會(huì)在大氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成其他的有害物質(zhì)；4）在空氣中存在的年限盡可能短；一、制冷劑3.1.5CFCS和HCFCS的限制與替代問題的提出CFCs又稱氯氟烴，是氟利昂制冷劑家族中的一員；研究表明，當(dāng)CFCs受強(qiáng)烈紫外線照射后，將產(chǎn)生下列反應(yīng)（以CFC12為例）CF2Cl2------CF2Cl＋Cl；Cl＋O3----ClO＋O2；ClO＋O-----Cl＋O2循環(huán)反應(yīng)產(chǎn)生的氯原子不斷地與臭氧分子作用，使一個(gè)氯氟烴分子，可以破壞成千上萬個(gè)臭氧分子，使臭氧層出現(xiàn)“空洞”，這一現(xiàn)象已被英國(guó)南極考察隊(duì)和衛(wèi)星觀測(cè)所證實(shí)。據(jù)UNEP（聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署）提供的資料，臭氧每減少1％,紫外線輻射量約增加2％。臭氧層被破壞后的危害危及人類健康，可使皮膚癌、白內(nèi)障的發(fā)病率增加，破壞人體免疫系統(tǒng)；危及植物及海洋生物，使農(nóng)作物減產(chǎn)，不利于海洋生物的生長(zhǎng)與繁殖；產(chǎn)生附加溫室效應(yīng)，從而加劇全球氣候轉(zhuǎn)暖過程；加速聚合物（如塑料等）的老化。一、制冷劑南極臭氧空洞的變化保護(hù)臭氧層已成為當(dāng)前全球性的緊迫任務(wù)！一、制冷劑一、制冷劑2000年臭氧空洞的形狀2002年臭氧空洞變形了二、載冷劑3.2.1載冷劑與載冷劑循環(huán)特點(diǎn)3.2.2載冷劑的選擇要求和選擇方法3.2.3常用載冷劑的特性二、載冷劑要求(1)比熱大(2)導(dǎo)熱系數(shù)大(3)粘度低(4)凝固點(diǎn)與使用溫度范圍相適應(yīng)(5)腐蝕性小(6)無毒、不燃、不爆(7)化學(xué)穩(wěn)定性好(8)價(jià)格低廉3.2.2載冷劑的選擇要求和選擇方法3.2.1載冷劑與載冷劑循環(huán)特點(diǎn)載冷劑的定義：在間接制冷系統(tǒng)中用以傳遞冷量的中間介質(zhì)。在蒸發(fā)器中被制冷劑冷卻并送到冷卻設(shè)備中吸收被冷卻系統(tǒng)的熱量，然后返回蒸發(fā)器將吸收的熱量傳遞給制冷劑，而載冷劑重新被冷卻。如此循環(huán)不止，以達(dá)到連續(xù)制冷的目的。二、載冷劑選擇方法使用目的溫度范圍蒸發(fā)溫度在5℃以上的載冷劑系統(tǒng)，一般都采用水作載冷劑蒸發(fā)溫度在5～-50℃的范圍內(nèi)，一般可采用氯化鈉或氯化鈣鹽水溶液蒸發(fā)溫度低于-50℃時(shí)，采用三氯乙烯、二氯甲烷、三氯氟甲烷、乙醇、丙酮等3.2.3常用載冷劑的特性常用的載冷劑有空氣、水、鹽水和有機(jī)物等。

1．空氣在冷庫(kù)及空調(diào)中多有采用?？諝獗葻崛葺^小，所需傳熱面積較大。2．水水作為載冷劑只適用于載冷溫度在O℃以